第4章常规及复杂控制技术祥解.ppt

　3、副回路微分先行的串级控制算法 　(1) 计算主回路偏差e1(k)=r1(k)-y1(k)； 　(2) 计算主回路PID1控制器输出u1(k)； 　(3) 计算副回路微分先行部分的输入y2d(k)； 　(4) 计算副回路偏差e2(k)=u1(k)-y2d(k)； 　(5) 计算副回路PID2控制器输出u2(k)； 　(6) 副回路控制量u2(k)D/A输出，作为计算机控制器的输出量作用于副对象。程序框图（略）。 返回 4.5 前馈－反馈控制技术 返回 4.5.1 前馈控制的结构和原理 4.5.2 前馈－反馈控制结构 4.5.3 数字前馈－反馈控制算法 4.5.1 前馈控制的结构和原理 　1、前馈与反馈的比较 　(1) 控制方式 　　　反馈：按偏差计算控制量，进行闭环调节控制； 　　　前馈：按扰动计算补偿量，进行开环控制。 　(2) 控制效果 　　　反馈：按输出偏差进行闭环调节，对各种扰动均有抑制作用，控制作用落后于扰动的作用； 　　　前馈：按指定扰动进行开环校正，只对指定扰动有抑制作用，对其它未被引入前馈控制器的扰动量无任何补偿作用。 　(3) 优势互补 　　　反馈为主：抑制各种扰动。前馈为辅：完全补偿指定扰动。 　(4) 前馈控制系统的主要特点 是一个开环系统 应用前提是扰动可测 只能针对某一特定的干扰实施控制 较少单独使用，一般结合反馈控制，构成前馈-反馈（Feed forward-Feedback)控制 2、前馈控制原理 　(1)系统结构 　　　如图4.15所示。 　　　u1＝0, 只考虑扰动的影响；n－干扰量； 　　　y－在扰动作用下的系统输出　　　 图4.15　前馈控制结构 Gn(s)－对象干扰通道的传递函数；G(s)－对象控制通道的传递函数；Dn(s)－前馈补偿器（控制器）的传递函数 　(2)全补偿的条件 　　　说明：常采用前馈＋反馈控制相结合的控制方案。反馈为主：抑制各种扰动。前馈为辅：完全补偿指定扰动。 返回 4.5.2 前馈－反馈控制结构 　1、系统结构 　　　如图4.17所示。在反馈控制的基础上，增加一个扰动的前馈控制。 　　　在实际应用中，还常采用前馈－串级控制结构。如图4.18所示。 图4.17　前馈－反馈控制结构图 　图中D(s)为反馈控制器， Dn(s)为前馈控制器 。 图4.18　前馈－串级控制结构图 　D1(s)、D2(s)分别为主、副控制器的传递函数，Dn(s)为前馈控制器 ；G1(s)、G2(s)分别为主、副对象。 　2、系统特点 　(1) 一个前馈量，多个反馈量。 　(2) 反馈控制回路采用串级控制（PID，PI）。 　(3) 主回路的主控制器控制量、前馈控制器控制量之和作为副回路设定值的校正量。 　(4) 能及时克服进入前馈回路和串级副回路的干扰对被控量的影响。 　(5) 前馈控制的输出不直接作用于执行机构，降低了对执行机构动态响应性能的要求。 6）在对主要扰动进行前馈控制的基础上，设置负反馈控制，从而将其它次要的扰动通过负反馈控制给与补偿，即简化了控制系统，又提高了控制性能； 7）前馈控制具有控制及时，负反馈控制具有控制精度高的特点，两者结合使前馈—负反馈控制得到较好的互补。 　3、系统举例 　　　锅炉水位控制系统，控制目标是保持给水流量D和蒸气流量G平衡，以控制水位H为设定值H0。 　采用前馈－串级反馈控制结构，以前馈控制蒸汽流量G，以串级控制的内控制回路控制给水流量D，水位H作为系统的最终输出量，以串级控制的外控制回路进行闭环控制。 　　　整个系统要求控制蒸汽流量G、给水流量D、锅炉水位H三个现场信号，又称为三冲量给水控制系统。 　　　如P118图4.30~4.31所示。 锅炉汽包水位控制系统示意图 前馈控制器 水位控制器 水流量 控制器 水 蒸汽 D G H 锅炉汽包水位控制系统框图 Gg(s)为蒸汽流量水位通道的传函； G0(s)为给水流量水位通道的传函； Gd(s)为给水流量反馈通道的传函； Gc(s)为蒸汽流量前馈补偿环节传函； Gp2(s) 为副控制器（给水控制器）传函；Gp1(s)为主控制器（水位控制器）传函；Kg,Kd,Kh分别是蒸汽流量、给水流量、锅炉水位等测量装置的传函；Ku为执行机构的传函。 蒸汽流量测量装置 给水流量测量装置 锅炉水位测量装置 执行机构 　　当系统负荷变化引起蒸汽流量的变化时，通过前馈通道和串级内回路的补偿控制，将迅速改变给水流量，以适应蒸汽流量的变化，并减小对水位的影响；流量D2表征由于各种原因引起的给水流量的扰动，这个扰动主要由内回路闭环反馈控制进行补偿；不管由于何种原因（包括前馈控制未能对蒸汽流量变化进行完全补偿的情况），锅炉水位偏离设定值时，串级主控回路以